结构知识:带加强层结构的设计要点
小智审图2021-01-13

在风荷载作用下,设置加强层是一种减少结构侧向位移的有效方法,但在地震作用下,加强层的设置将会引起结构竖向刚度和内力的突变,并易形成薄弱层,结构的损坏机理难以呈现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的延性屈服机制。在地震区的框架-核心筒结构采用带加强层宜慎重。若采用,则应采取可靠有效的措施。

1、加强层的位置和数量是由建筑使用功能和结构的合理有效综合考虑确定。当布置一个加强层时,位置可设在0.6H附近;当布置2个加强层时,位置可设在顶层和0.5H附近,H为建筑物高度,当布置多个加强层时,加强层宜沿竖向从顶层向下均匀布置。一般加强层的位置宜与设备层综合考虑。

加强层刚度不宜太大,只要能使结构在地震作用下满足规范规定的侧移限值即可,以尽量减少结构的刚度突变和内力剧增,使结构在罕遇地震作用下呈现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的延性屈服机制。避免在加强层附近形成薄弱层。

2、加强层采用的水平伸臂构件、周边水平环带构件可采用斜腹杆桁架、实腹梁、整层或跨若干层高的箱形梁、空腹桁架等形式。由于轻质高强、延性好,加强层构件一般多数采用斜腹杆钢桁架。

3、水平伸臂构件的刚度比较大,是连接内筒和外围框架的重要构件。水平伸臂构件宜满层设置,利用加强层上、下层楼板作为有效翼缘,以提高其抗弯刚度。

平面布置上应对称布置,一般情况下宜在结构平面两个方向同时设置。设计中应使水平伸臂构件贯通核心筒,以保证其与核心筒的刚性连接。或尽量使水平伸臂构件在结构平面布置上位于核心筒的转角或“T”字形墙肢处,以避免核心筒墙体承受很大的平面外弯矩和局部应力集中而破坏。

4、水平伸臂构件与核心筒的连接部位,核心筒墙内宜设置竖向型钢。由于结构竖向温度变形以及外框柱与核心筒轴向压缩变形的差异,会在水平伸臂构件中产生很大的附加应力,对加强层内力影响很大,故水平伸臂构件与核心筒的连接,应在施工程序及构造上采取措施。
水平伸臂构件宜分段拼装,在设置多道水平伸臂构件时,本层水平伸臂构件可在施工上一个水平伸臂构件时予以封闭;仅设一道水平伸臂构件时,可在主体结构完成后再安装封闭形成整体。

水平伸臂构件与周边框架的连接宜采用铰接或半刚接。

5、结构的内力和位移计算中,对设置水平伸臂桁架的楼层应考虑楼板平面内的变形,以便计算水平伸臂桁架上、下弦杆的轴向力,对结构整体内力及位移的计算也比较合理。

6、抗震设计时,对高烈度设防区,可根据工程具体情况,要求加强层及其上、下各一层在中震下保持弹性。

7、抗震设计时,加强层及其相邻层的框架柱和核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级采用,一级提高至特一级,若原抗震等级已为特一级的则不再提高。加强层及其上、下相邻一层的框架柱,箍筋应全柱段加密,加强层区间核心筒体和框架柱轴压比限值应按表。

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